【《一种新型自行车结构计算设计》20000字】

一种新型自行车结构计算设计摘要本论文中，我们设计一种新型自行车结构，该自行车可以满足3人同时骑行，也可是左右两边为家长，中间是小孩。为了保证的稳定性，采用四轮结构，维持自行车的稳定性。这种自行车主要是用在旅游景区，摆脱了传统的前后座，可增进一家人的感情以及观赏体验和互动性。而且该自行车更适合一家出来游玩以及情侣等人群。本自行车的设计在原有的四轮自行车基础上进行改造，以前市面上的自行车主要有平衡性低，造价昂贵等缺点，对他的这些设计问题改善。该自行车的主要结构于传统自行车结构大致相同，只是在原有机构的基础上进行了完善。将原有自行车的优点利用起来，缺点进行完善，增强自行车灵活性。通过查阅相关文献可知，四轮自行车在国内外发展的现状，接下来，就要根据我们的需求确定一套设计方案，确定各零件尺寸和零件图，对各零件图进行cad制图，其次，我们要确定该自行车的传动结构，确定合适的传动方式。最后，我们通过二维建模软件Autocad以及三维建模软件UG对自行车的初步模型以及组成自行车各零件进行零件图的绘制。通过本论文，我们将大学所学的机械设计基础、工程制图以及一些建模软件进行了融合，将所学知识用到实际之处。关键词：三人；并排骑行；自行车；车架；链轮目录TOC\o"1-3"\h\u3164摘要 I27176第1章绪论 1281841.1研究背景及意义 197741.2国内外研究及发展现状 216358第2章总体设计 8173482.1设计要求 8164582.2自行车的设计分析 81992.2.1设计流程分析 8291432.2.2自行车的人机工程要求 9186872.2.3自行车设计关联人体尺寸分析 10160452.2.4自行车设计的技术经济指标 11157792.3整体方案选定 1227763第3章驱动及传动构件设计 15148103.1自行车行驶阻力分析 15279813.1.1滚动阻力 15175223.1.2空气阻力 15238673.1.3内部阻力 1582283.2结构要素分析 16142843.3功率的计算 18304913.3.1输出功率的计算 18286803.3.2传动效率 18173103.4传动比 1894663.5前后链轮之间的链传动设计 19263703.5.1设计要求 19161973.5.2设计过程 19105883.6轴的设计 20267903.6.1链轮上力的计算 20285513.6.2材料 2152103.6.3计算轴的最小直径 2188143.6.4轴的结构设计 21183563.7轴的校核 21229913.8键的校核 2231793.9轴承的校核 2211712第4章结构件设计 246244.1车架设计 24281024.1.1车架结构设计 24300194.1.2车架材料选择 26126074.2阿克曼转向机构设计 30146264.3前轮叉架设计 3152204.4脚蹬设计 34303474.5链轮 34200294.6前后轮 35324834.7车闸 36284644.8曲柄 36233604.9方向盘 37217834.10遮阳棚 3737584.11后轴 3823074.12整体式靠背座椅 383940总结 407189参考文献 41第1章绪论1.1研究背景及意义随着社会不断地发展，在当今世界大格局之下，人们的温饱已经基本解决，当下的人们对精神层面有了更高的追求。因此，自行车的功能也变得不在单一了，自行车最初的设计目的是为了减轻人们的步行压力，方便人们的出行。而后，慢慢的自行车变成了一种游玩工具，它的作用不在单一。本论文设计的自行车不是为了满足它的运输功能，主要是去研究自行车在景区的游玩过程，如何让游客有更好的游玩体验。我们所研究的四轮自行车是有一定的创新性，因为对于传统自行车来说，通常所采用的是前后做设计，对于这种并排设计的自行车并不多见。相对于传统自行车来说，四轮自行车的设计难度较高，零件复杂，同时成本也较高。但是，传统自行车结构只能前后坐人，使得产生了一种距离感，而我们的并排行驶自行车可以增加人们之间的互动性，增进感情，这就是我们设计它的目的。当然，这种自行车的设计目前并不多见，主要原因是该种自行车的部分零件设计还有缺陷，不能完全达到我们使用标准，后续还需进行优化设计。还有就是制造它的成本高，所有这些因素共同导致了它在市场上不多见的原因。那么我们本论文的设计就是要解决当下这些问题，只有这些问题别慢慢解决，四轮自自行车才能够真正的在大众中流行开来。当下，我们经济前景非常好，处于世界领先水平，在各个领域的发展都是非常快的。因此，我们并排自行车的设计也是极其重要的，它同样标志着科技水平的进步，需要我们投入部分资金去研究它。并排自行车的研究也推动着社会的发展。因为自行车的发展标志着一个城市的精神文明面貌，我们所研究的并排自行车，拉近了人与人之间的交流，带给了游客更好的出游体验，也符合我们政府对精神文明的建设。本论文的研究具有极其重大的意义和科学价值。我们大学所学的各类知识，能够充分运用到本论文中，就像机械设计，工程制图这些课程尤其对论文的研究具有极其关键的作用。通过我们对并排自行车的设计，使我们大学的知识运用到实际生产之中，对产品进行设计，考虑产品的可行性。遇到问题解决问题，若能得到政府资金的资助，本设计将会把设计出的产品运用到实际之中。满足广大人民需求。1.课题研究的背景自行车最初也是由国外引入进来的，所以我们也称自行车为“洋车”，而且自行车最初的作用仅仅就是为了方便人们，为人们的出行提供方便。经过几百年的发展，自行车也从以前单一的样式变得样式、种类多样化，从儿童自行车到成人自行车，从男士自行车到女士自行车，变化速度也是极其的快。而对自行车的性能结构来说，它的发展也是相当的快，相比以前，自行车的结构轻便，骑行省力，性能增加。而且现在的自行车种类较多，包括山地自行车、普通自行车、观光自行车等等。自行车现在是一种特别受欢迎的出行方式，因为它绿色环保，而且不会发生堵车等事故，并且自行车有费用低，维修成本也低，重量小等优点。而且在很多城市现在都有共享单车，更加增加了人们的便利。早在几千年前，中国就有了最初的自行车基本模型，它是由一块板和一个轮子构成，也是世界上最早的自行车雏形。紧接着，在法国有了世界上真正意义上的第一辆自行车，而第一辆自行车的材料则是由木头造成，开始逐渐走入人们的视野。随着技术的不断创新，对自行车的研究也不断深入，从材料的改变以及结构的设计，从最初的最基本的结构设计到后来逐渐精细化它的结构设计。后来，伴随着汽车和电动车的出现，人们可能慢慢的开始忽略对自行车的设计，人们觉得汽车和电动车相比自行车更加的省时省力，所以更加喜爱汽车。但是，汽车尾气的排放，使得环境问题变得日趋严重，我国正大力打造绿水青山，保护环境，这使得人们又开始对自行车的研究重视起来了。自行车作为一种交通工具，它是零污染，同时也能增强我们的体魄，由于一些地区实行了限号出行政策，使得人们上下班必须骑自行车。在许多发达国家，现在人们也是越来越喜欢骑行自行车出行，自行车正受到许多国家的追捧，甚至一些国家举行自行车越野比赛，积极号召各界喜爱骑车人士前来参加，在日本，自行车也算一种健身器材。当前的自行车制造业还是非常火热的，人们对自行车的需求量逐年增加，据最新研究表明，每年自行车的交易量可达1.06亿台，成交价格大约在50亿左右。而对于自行车的设计，不同的人设计出的样式是不太相同的，有的人将自行车车轮前后放置，而有的人将自行车车轮左右放置。无论对于前后放置还是左右放置，自行车设计的初衷都是最多可乘坐两人，这就不利于一家三口出行游玩的游客，基于这种问题，我们研究了三人并行四轮自行车，这就是我们作此设计的目的。基于已有知识和技术进行改善，满足人们使用要求。1.2国内外研究及发展现状在人类发展史上，机械手工业的发展逐渐流行开来，人们对一些简单的机械结构设计，自行车就是在这个时期流行开来的。查阅有关文献可得，有关于我国对自行车的研究最早追朔于清朝。最早的自行车结构十分的简单，由两个轮子构成，中间搭一块木板，再增加一个曲柄结构，通过转动曲柄来使自行车前行。这应该是最早的自行车了，大约过了100年后，法国才制造出它的第一辆自行车，所用的材料也是木头。（1）公路单车这种结构的单车设计出来只适用于公路环境较为平坦的地段，若是山区道路，则不适应该种自行车的骑行，因为该种自行车车轮较窄，在不平坦的道路上极其难以前进，同时因为这种自行车是在平坦道路运行，所以它的强度也比山区道路的自行车低，这往往就会使得结构较为轻便一点，而且，再观察它的把手来说，属于一种下弯式结构，可以使人的躯体前倾，减小风阻。还采用变速器，使得上坡更为轻松。（2）健身单车一种新型的自行车横空出世，那就是健身单车，它的造型较为独特，摆脱我们传统观念中的自行车结构，它主要是用来强身健魄的，该自行车需要我们手脚协同合作，双向用力，这就使得我们这款自行车比普通自行车的行驶速度高，而且健身能力更强。这款自行车车轮较小，能够拆卸，便于我们搬运它，可以轻松的将它放入我们的后备箱中。（3）死飞单车前两种自行车的传动结构都是链条式传动，所以它们的车轮当受到链条向前的力时，自行车会向前移动，而脚蹬向后运转时，则自行车不会受到向后的力。而对于死飞单车来说，它的创新点就是当脚蹬向前蹬时，自行车向前运动；当脚蹬向后蹬时，自行车向后运动。这种自行车还没有广泛流行开来，只有少数人骑行这种自行车，因为这种自行车骑行难度较大，不易掌握技术，若不能很好的驾驭这种自行车，很容易出现交通事故。当然，为了满足部分骑者需求，一些厂家也在生产该种自行车。（4）速降单车速降自行车，这种自行车常用来在山地骑行，对于一些爱好挑战刺激的人来说，深受他们喜欢，当他们骑行这种自行车在山路时，通过这种自行车独有的结构，满足恶劣条件。同样，这种自行车的骑行也是有风险的，有许多专业选手骑这种自行车从陡峭的山坡飞驰下来，速度是相当之快，危险系数也是相当的高。所以在玩这种惊险项目时，需要我们佩戴安全帽以及穿戴一些安全服。这种自行车的轮胎比一般自行车的轮胎大且宽，为了增加稳定性，而且减震系统也是特别的好。（5）驱动单车传统的链条式传动自行车一直是我们广泛使用的传动方式，但是，现在有了一种全新的自行车，它们不需要链条传动，而是通过踏板直接进行力传动，我们从图中可以观察到，这种驱动单车的体积特别小，而且车轮也不足传统车轮的一半，并且这种自行车只能站立骑行，通过双腿运动，带动踏板产生力，从而使自行车前行，这就是驱动单车的工作原理。但是这种自行车的稳定性较差，当它运动时，需要我们左右双腿的力大小要一样，要不然将很难保证自行车的平衡。而且该种自行车速度也较快。可以发现，对自行车的研究越来越多样化了，各种各样的自行车样式层出不穷，为了满足不同人群的不同爱好，各大自行车生产商紧跟潮流，加大研发力度，设计出了不同款式、不同功能的自行车。而对于自行车的研发，我国也正加大资金的投入，自行车的设计也是我们当前文明建设的重中之重。我国也大力支持自行车的研究，尽量满足科研人员对自行车研究的需求，帮助他们解决一些难题。因此我们设计的并排四轮自行车完全符合当下潮流，值得我们去开发研究。通过以上介绍的几种类型，没有一种自行车是完美的，他们各有优缺点，因为它们都有自己骑行的条件以及每个自行车各自擅长的地方，所以不可能各方面都能设计完美。我们只能在它较为突出的部分进行设计，对于它不太突出的地方则保持常态就好。如现有的三人并排自行车，它主要的优点就是能实现三人的并排而坐，而对于其它方面，它可能就不太如意了，比如稳定性较差，移动费力、转向困难等缺点，所以我们要在保留原有设计结构的基础上，改进这些现存的问题，这才是我们本论文设计的目的所在。本论文主要针对三人并排四轮自行车进行设计，对自行车每一零件进行设计，理解它的工作原理，研究现有问题，在现有问题基础上设计出一种全新结构，解决目前存在难题。从而设计出一种更加廉价，但是更加美观实用的自行车结构。这就需要我们对它的零件图进行具体研究，以及通过理论力学等知识研究其受力状况。从上图观察看来，设计的三人并排自行车外形似汽车，底盘采用的是类似汽车悬架梁结构，左右两端安装脚蹬，而中间没有安装，也就是为什么中间一般坐的是小孩的原因。再观察两端，摆脱了传统的手把式方向盘，而采用的是类似机车的方向盘，这样转动会更加轻便，更加贴心的是我们中间还安装了一个小型方向盘，虽然这个方向盘并不能控制自行车的转动，但是它能使我们的孩子有更好的参与感，这也是我们增进感情、提高互动性的一种方式。在保证基本功能实现的同时，设计非常的人性化。第2章总体设计2.1设计要求对四轮自行车设计方案进行确定，通过查阅文献以及一些专业零件图纸，包括一些机械设计书籍等，初步确定一套设计方案，方案如下：（1）首先，设计传动方案，该自行车的传动系统都是链条传动，共选用了3套链条，这样可以通过3个人协同努力，共同驱使自行车前行，这样就减少单人的用力，从而也增加共同玩耍的乐趣。（2）我们能够观察到总共有三个类似方向盘的圆盘，但是这三个方向盘并不是全都起作用，只有最左边的方向盘是起作用的，其它两个是起装饰作用。因为转向系统不同于传动系统，方向盘若三个人转的方向不同，自行车行驶的方向不能固定，故只选用一个方向盘。（3）对于制动系统，采用的是手动式制动系统，这个系统每个乘坐人员都配备一套。（4）与传统自行车有区别，该自行车增加了一个简易的遮阳棚，避免游客直接被太阳暴晒。（5）设计时还需要控制自行车的总重量，不宜太重，那样会增加骑行难度，一般控制在89kg以内，所选的零件和我们传统自行车零件差异不大。（6）保证自行车时速控制在25km/h以内。2.2自行车的设计分析2.2.1设计流程分析对于自行车的设计，最重要的前提就是保证自行车的质量，因为我们骑行自行车难免会有一些磕磕碰碰，尤其是要保证车轮承载力。对自行车整体框架设计时，我们要通过实验确定我们所设计的自行车结构所能承载的最大力。这些因素需要我们在设计之前就要考虑到，考虑各方面因素，不仅保证它样式设计，还要追求它的强度也满足使用要求。这是对我们设计的首要要求。（1）概念化阶段所谓概念化设计，就是在对实物进行设计之前先进行一个假想设计，在脑海中提前构造一遍自行车整体框架，以及各部位的形状、尺寸都需要一个整体的构思。这一步是极为关键的，应为在实际加工之前，你对你自行车的设计有一个概念化处理，这样会对我们的加工提高供捷，同时以减少材料的损耗率。将我们概念化的零件以及自行车框架进行一个简单的草图绘制，观察设计结构是否合理，以及是否需要改进。概念化设计过程中，可大胆创新，因为这只是一个最初的设计阶段，可大胆的发挥想象力。（2）具体化阶段第二步就是具体化阶段，这就不同于之前的概念化阶段了，这一步的设计不再是一种粗略的估计。这一步对于每一步工艺的设计都要具体化，包括它的尺寸大小，样式结构，都要详细的设计出来，对各零件进行CAD制图，标注出各部位尺寸，同时对各零件的加工方式以及工艺流程，包括还有它所选用的材料都要具体设计出来。（3）整体外观阶段这一步更注重的是自行车框架结构的设计，而不单单是对零件的设计。对自行车整体结构通过UG进行建模。通过结构力学，对整车框架进行设计，研究各部位的强度、刚度等。同时对座椅以及手把优化设计，手把的弯曲度包括座椅舒适度这些都是我们要考虑的问题。包括自行车的颜色，以及样式图案等都是我们设计的因素。对整车框架进行设计时，在建模软件中，我们对三维结构的建模采用自上而下的方式，先从自行车最上端开始建模，层层递进。而它建模时对每部分尺寸的要求也是严格的，合适的尺寸才能发挥出自行车的突出性能。而具体尺寸的计算则是要根据强度力学书籍进行研究。同时对一些受力较大的地方，我们需进行加厚处理，保证自行车的强度以及人身安全。（4）计检验阶段在完成以上三步的工序之后，就进入了最后设计阶段，那就是需要对我们设计的结构进行验核，检验设计是否合理化，强度、刚度是否满足使用要求，还要检验我们设计的座椅，手把等是否给骑行者带来舒适感。包括自行车的稳定性也要考虑在验核之内，以及自行车支架能否承受住一个人体重等，所有的这些设计结构都需要我们进行验核，才能保证自行车最后的投入生产，这一步也是必不可少的一步，支撑着整个设计过程的收尾阶段。2.2.2自行车的人机工程要求（1）人与支撑部件的关系自行车结构的支撑部件，主要是用来起支撑作用的。这些部件共同承载了骑行者所带来的压力。支撑部件主要包括有自行车大架、座椅、车把等这些零部件。而这些支撑部件构建了零件的主要框架部分，再将其它自行车零件安装在这个大框架之上，这就构成了一套完整的自行车系统。对于支撑部件的设计，我们着重设计的是它的强度，因为这些部件是整个系统中受力最大的地方。（2）人与动力接受部件关系动力接受部件主要是用来给自行车提供动力的一系列部件，在自行车系统中，动力接受部件主要包括有脚蹬结构和曲柄结构。当人们开始骑行时，双脚踩在脚蹬上，使脚蹬带动曲柄运动，曲柄连接链条传动，链条将受力传递给车轮，使得车轮转动起来。这就是整个系统中如何将人发出的力转化为自行车运动的力的过程。（3）人与传动部件关系在自行车系统中，传动系统主要是链条传动，链条传动系统包括有链条和链轮。其中，滚珠也算一种传动系统，它是安装在车轮的轴承之间。通过滚珠的转动带动车轮的转动。链条和滚珠缺一不可，缺少其中任一部分，传动系统都不能正常工作。它们两之间相互协作，共同保证了自行车的前行。（4）人与工作部件关系最后考虑的就是一些其它部件，它是基于人体结构进行设计的，比如刹车系统，设计在车把上就是最适合的，可通过我们手动进行制动，方便快捷。再比如对车轮的设计，在最早的自行车结构中，车轮都是用木头制造的，这样的车轮阻力大而且噪音大，稳定性较差。并且这种车轮质量低，经常出现毛病。后来随着材料学的不断发展，我们发现，用橡胶作成的车轮是一种最合适的材料，因为车轮是直接与地面接触的，损耗较大，橡胶车轮则很大程度解决了这一问题。同时橡胶车轮的缓冲性也比木头车轮好。当前，大部分的自行车采用的是充气式车轮，也有部分车轮采用的是实心式车轮。因为实心式车轮造价较高，所以还没有被广泛推广开来。2.2.3自行车设计关联人体尺寸分析在自行车大小尺寸方面的设计，要根据人体各部位尺寸进行设计。先对人体各部位进行测量，再进行自行车尺寸的设计，自行车的一切设计都是基于人体舒适感设计的。我国成年人人体主要尺寸以及坐姿人体尺寸如下图所示：主要尺寸男(18～60岁)女(15～55岁)百分位数5509555095身高158316781775148415701659体重∕kg485975425266上臂长289313338262284308前臂长216237258193213234大腿长428465505402438476小腿长338369403313344376坐姿尺寸男(18～60岁)女(15～55岁)坐高858908958809855901坐姿颈椎615657701579617657坐姿眼高749798847695739783坐姿肩高557598641518556594坐姿肘高228263298215251284坐姿大腿112130151113130151坐姿膝高456493532424458493小腿加足383413448342382405坐深421457494401433469臀膝距515554595496529570坐姿下肢92199210638519129752.2.4自行车设计的技术经济指标对自行车的设计，除了前文中提到的各项要求指标，当然我们首先要满足各项零件机构的设计要求，除此之外，还要考虑自行车设计的经济效益。要将设计指标与经济指标相互结合起来，完成对自行车整体设计。（1）使用寿命首先，我们要考虑自行车的使用年限，自行车本来就是一种消耗品，经过多年的骑行，一些零件难免会发生老化、磨损，而去更换新的零件性价比又不太高，所以我们要在对零件的设计过程就要预估好各零件的使用寿命，达到整车零件使用期限都尽量均衡。（2）行驶安全性安全性是自行车设计最重要的一步了，因为自行车安全性的问题关系到人身健康，这比什么都重要。这就需要我们的自行车生产商不偷工减料，完全按照国家标准进行生产，才能满足消费者的使用要求，才能保障人身安全。随着车流量的增加，越来越的国家重视安全问题，对自行车质量的设计要严格把关。（3）产品标准化所谓产品标准化，就是要对我们所设计产品按照国家统一制定标准生产，这就可以实现零件的标准性以及通用性。任何东西的生产都需要制定统一标准，但是在标准制定过程中，往往会产生一系列的问题。首先，就是标准化的实施过程，如何能让所有的制造商都按统一标准进行设计加工，这是一个需要解决的难题；其次，就是有部分人不认同国家所制定的标准化，认为他自己设计的尺寸更加符合自行车性能要求。但是，如果每个人都按自己标准设计自行车，那么就会导致自行车行业出现一定的乱象，这并不利于自行车行业的发展。只有按照国家制定标准，再不断地对该标准进行完善和优化，才能是我们的自行车行业发展越来越有前景。（4）工艺性对所有自行车的加工，我们要按照严格的制作工艺流程进行设计，才能保障自行车合理性。尤其是大批量生产时，要严格把关工艺流程，时刻对机器进行巡检，不能出现任何问题。制造出物美价廉的产品。而我们不能一味为了追求工艺性而忽略了自行车的美感，要两者同时兼顾，在保证工艺设计的基础上，设计出更美观，更受大众喜欢的自行车。因为保证工艺性是我们对消费者生命的负责，而对于外观的设计，则是为了更好的吸引消费者。大部分的消费者对工艺流程并不熟悉，它们选用自行车更注重的外观，只有外观好看，才能吸引到它们。这就需要我们制造商将工艺性与外观同等重视起来。（5）强度和最大容许负荷强度和承载力一直是我们研究的重点，这也是自行车运动起来的前提，若自行车强度和承载力达不到要求，其它工艺设计即使设计的很完美，那也是无济于事的。强度和承载力同样也决定了自行车的使用寿命。而对于强度的计算，不仅仅局限于对框架的设计，也着重于其它零件的设计，所有零件都要满足硬度要求。只有硬度达到要求，其它设计才能开展下去。（6）成本对于成本的控制也是有要求的，在保证设计要求的前提下，尽量去控制成本。只有降低成本，才能赢得广大消费者的欢迎，我们追求的是质量以及自行车的性能要求，而不是把他作为一种价格高昂的消费品。所以说，控制成本也是很重要的，但是要保证制造要求，不能一味的为了省钱，而造出一些质量极差的次品。（7）骑行轻快和舒适在满足了前面设计的所有要求之外，我们要考虑如何提高骑行者的舒适感和轻快感了。同时，对自行车的缓冲系统要进行合理设计，这能很大的减少颠簸，座椅的形状以及车把的结构设计，包括座椅的高度调节，这些种种因素共同决定骑行者的舒适感。2.3整体方案选定本论文中设计的并排自行车主要包括以下几大结构部分：车架车架转向系统转向系统自行车自行车驱动系统驱动系统制动系统制动系统（1）车架对于车架结构的设计，是至关重要的。车架结构不是随便简单的设计一个造型就行，它都是有科学依据的。车架的结构设计我们严格遵守空气动力学原理，设计的结构尽量减少空气所带来的阻力，而又要保证结构设计的合理性，还用满足骑行的舒适感。对于车架流线的设计，依据空气流动学进行设计，设计一种阻力最小的曲面结构。（2）转向系统导向结构也就是我们的车把结构，它主要的作用就是控制自行车前进时的方向，并没有什么其它的作用了，通常结构也较为简单。（3）驱动系统链式传动通过前后两个链轮大小，计算其传动比，一般前面的大链轮带动后面的小链轮运动，可以计算出链条传动的效率。（4）制动系统制动系统是提供自行车制动的装置，也就是车闸系统。2.3.2方案设计通过上述对自行车结构设计原理的分析，我们需要制定出一套三人并排四轮自行车的设计方案。该方案主要借鉴以前的三轮自行车设计，在原有的基础之上进行优化和完善。原有的三轮自行车只有一套传动系统，运动过程中费时费力，我们所设计的自行车结构在它的基础之上增加了两套传动系统，总共使用了三套传动系统，增加了骑行的协同性。同样，制动系统也由原来的一套增加到三套，在每个人的右手边都增加了一套制动系统。对自行车得车架结构也进行了一定的改进，使三个座位并排而坐，这也是一大技术改进。增加了遮阳棚，给游客带来了更好的用户体验。2.3.3设计方案简图以下两幅图是对三人并排四轮自行车设计得结构简图。图2-1三人并排骑行四轮自行车方案简图第3章驱动及传动构件设计3.1自行车行驶阻力分析3.1.1滚动阻力自行车在行驶过程中，会受到阻力作用。这其中最主要的阻力使来自车胎与地面的摩擦，还有一小部份就是空气所产生得阻力和零件之间摩擦产生的力。这些力都会产生能量的损耗，同样也会做一些无用功。3.1.2空气阻力当我们骑行自行车时，我们在运动，与我们相对的空气也在流动。导致空气形成对流，所在会产生部分的空气阻力。而这部分空气阻力其实又是由两部分构成，一部分是摩檫力，另一部分时压力。当自行车在运动过程中，空气吹过人的身体时，空气会与人的身体表面接触，进而会与身体表面产生一定的摩檫力。这也算一部分的阻力。最主要的就是当风正对着人的身体包括自行车结构吹来时，会在人身体表面产生一定的压力，阻碍着自行车的前进。这也是空气阻力最主要的一部分。当然，构成表面压力还与一些其它因素也有关，包括自行车车架结构，以及我们所穿衣服的结构，这些都会影响阻力。因为空气在流过不同的表面会产生不同的涡流形状，涡流一般会导致背压，增大所受压力。所以表面越不平整的结构会产生的涡流越大，进而导致背向压力也越大。3.1.3内部阻力除空气阻力之外，其余的都是内部阻力了，当骑行者给脚蹬一个力，曲柄结构将人产生的力传递给车轮，推动自行车前行，除自行车前行损耗的力外，剩余所有的力都是阻力。各个转动结构之间会产生部分摩檫力，当转动结构发生转动时，轴与轴套之间相互接触会产生摩檫力。但是这部分阻力不会太大。其次就是传动系统，主要就是链条传动过程中，链条与链轮接触所产生的摩檫力，这部分的摩檫力也不是很大。车架本身结构的设计所产生的阻力，主要是当风吹过自行车车架时，由于自行车车架结构的弯曲变形，会使得流过的空气产生涡流，增大压力。车轮对地面产生摩擦，而且车轮与地面接触面积越大时，所受摩檫力越大，这就是为什么当车轮气不足时，会使得我们骑行更加的费力。为了减自行车车轮与地面接触面积，一些自行车车轮设计的特别窄。但是，车轮在设计特别窄时，它的强度以及稳定性也就会相应的降低。（4）车轮轴承部分所产生的阻力，车轮与轴之间通过滚动轴承连接，行驶过程中会产生一定的摩檫力，这就会阻碍自行车的前进，齿轮轮齿与链条之间，变速器链条之间都是由摩檫力的。（5）在骑行过程中，由于道路的崎岖，会使人在骑行过程中发生颠簸，这个过程会有部分能量损耗。所以，为了解决此类问题，我们经常会增加缓冲装置，同时还增强座椅的弹簧，尽量减少这部分能量的损耗。虽然增加了缓冲装置，但是依然还要保持自行车刚度不能降低。通常解决阻力的办法都是通过增加传动效率来尽量增大骑行速度。3.2结构要素分析影响自行车行驶性能的因素来源于多个方面，除了空气阻力和内部阻力之外，还有一些其它的因素，比如人为因素以及机械因素等。只有全面考虑这些因素，才能完全改善自行车性能。这就需要我们设计时要综合考虑，将各个因素协调起来。（1）速比首先，考虑的就是链轮之间的转动比，大小链轮直径的比值就是速度比值，大链轮在脚蹬处，而小链轮是在后轮的轴心处。当大链轮受力时，会将受到的力通过链条传递到小链轮上，进而使后轮转动，推动整个自行车前进。但是大小链轮的直径比也不是越大越好，它有一定的取值范围，通过我们查阅资料发现，这个取值范围一般是在2-4之间。当超出这个范围后，速比设计都是不合理的。若大链轮直径太大，蹬起来由于半径大会非常的费劲；若大链轮直径太小，则由起不到放大速度的作用，就是实际是多大速度，自行车就是多大速度。所以设计时要严格控制速度比。（2）曲柄长度曲柄是连接在脚蹬和大链轮之间的机构，当脚蹬受力时，力通过曲柄结构传递给链轮，进而传动装置传递力，使得自行车运动起来。曲柄与刚才的链轮直径设计有着相同之处，曲柄的长度也是在一个确定的范围之内，不宜太长也不宜太短。少数人对曲柄结构有所误解，它们将曲柄结构误认为是一种杠杆结构，以为曲柄越长，会越省力。但是事实上并不是这样的，曲柄太长，意味着你的腿在等脚蹬时做的功也会越多，消耗能量大，并不就是会省力，反而可能会更加费力。所以我们要将曲柄长度设置在一个合理的范围之内。（3）三接点位置所谓三点结构，也就是当人骑车时，车把、座椅以及脚蹬这三点构成一个三角形。如下图所示，我们通过调节这三点之间的距离，改变骑车姿势，达到省力的目的。查阅资料可知，这三点的位置往往由一个公式决定，即。图3-1影响自行车的机械因素（4）鞍座位置对于车座安装的位置也是有讲究的，太高的话我们可能都无法完整的使链轮转动一圈，太低则膝盖弯曲较大，作功多，能量消耗大。因此，为了解决这一常见问题，我们对自行车的设计往往都是将他的车座设计成一个可调节的车座，没有一个固定的高度，根据不同身高去调节车座的不同高度。当然，调节高度也是有规范的，并不是盲目的用感觉去调节高度，常用的方法就是通过手臂来确定座椅的高度，将手臂张开，将胳膊的末端靠在座椅上，用手指去触摸大链轮中心处，刚好摸到时，为最佳高度，这就是我们常用的调节座椅高度的方法。具体示意图如下图所示：图3-2自行设计的结构要素（5）车闸车闸一般设计在车把位置处，根据手的握感选择合适的安装位置，不同的人安装位置不同，车闸松紧度也不相同。由于车闸时一个消耗结构，我们可能需要经常的更换闸皮，以及调节车闸的松紧度。若时灵敏度较高的车闸，只需轻轻一使力，自行车便会停下来，若是握到一定程度后，自行车还没有停止的迹象，则需要我们维修车闸。常用的车闸参数如下。表3-1理想的施闸力和减速度闸把施闸力/N相对握力%减速度说明60

350

50010

70

1000.1g

0.6g

0.8g控制下坡速度

全刹车

紧急全刹车注：g=9.8m/s23.3功率的计算3.3.1输出功率的计算同一辆自行车，由于骑行的人不同，输出的功率也不相同，因为每个人的身体状况有所差异，当一个体格强壮的人骑行时肯定比一个体格弱小的人输出功率大，因为体格强壮的人输入的功率就大。而且输出功率还会随着骑行的时间进行衰减，刚开始时，输出功率可达0.7马力，但这并不会维持太久，在大约10s之后就逐渐开始发生衰减。经过时间越长，速度会越低，直到最后降到0马力。这主要是人的体能消耗，导致了输入功率越来越小，相对应的输出功率也越来越低。若想长时间的骑行，我们就要以均匀的速度骑行，才能保证长时间的输入功率。一般最合适的速度就是每分钟60r/min，这是基于人的心跳设定的一个参数，也是通过实验验证得来的。但是，我们本次设计的并排四轮自行车主要不是用来作为交通工具的，它偏向于游玩，因此对它的速度要求并不高，所以对输出功率的考虑可以完全不必在意。基于以上的分析，我们初步设定，一般成年人在踩踏脚蹬时的力大概为60N，转速就按60r/min，由以下公式计算可得：所以自行车运动时的输出功率为3.3.2传动效率查阅机械设计手册可得：当踩脚蹬时，关节处所损耗能量：链条传动时，并不能保证传动效率为100％，其机械损耗效率为：轴承部位机械损耗效率：轴的传递效率：由以上公式各能量损耗效率可计算出总的效率：所以自行车在运动过程中车轮的输出效率为3.4传动比在满足传递装置速比的要求后，首先，我们要保证各级传动装置的刚度相同，才能发挥其良好的链条传动性能。在本文设计中，常采用速比为2.5的传动系统。3.5前后链轮之间的链传动设计3.5.1设计要求首先，我们确定链条的基本尺寸，关于链条设计，主要包括有链条长度，链条的材料，以及链轮一些基本参数的设置。当自行车在低速行驶时，由上述计算结果可得传递功率为,主动链轮转速，从动链轮转速，传动。3.5.2设计过程（1）对于链轮结构，计算齿数、在之间选取齿数。（2）选取链条为单排链，可计算得到当量为根据我们选用得链条，以及单排链、齿数等参数，可计算出链条传动得功率大小为：，由机械设计手册，表9-6可得，同时查表9-13得，但此处我们选用的是单排链故（3）选取链条型号，计算单个链节之间的距离由上述计算出的功率选取链条型号以及链节之间距离，因为选用单排链条，查阅机械设计手册可确定：型号为：节距为：（4）计算链节距和中心距两链轮中心距离为，由下列公式可得到链距由计算结果，我们选取一个偶数，这样便于安装，取计算两链轮之间的最大中心距为：式中，可通过查阅机械设计手册得知，表示中心距系数。常取（5）链条传动的速度需求得，然后根据链速选取润滑油的型号。当得到计算结果后，查阅机械设计手册，由图9-14可知，链条的润滑方式为人工定期添加。（6）当链条传动时，对轴承的压力为圆周力压力（7）参数设计()()()()()()()()()()3.6轴的设计3.6.1链轮上力的计算计算功率大小转矩3.6.2材料轴的材料选取45钢，进行淬火调质处理。3.6.3计算轴的最小直径对于轴的最小直径计算，查阅机械设计手册，由表15-3可知，常取，根据我们所选直径可知，它的直径是小于120的，且在轴的表面还有几个键槽，因此需要我们增加轴的直径，由公式得3.6.4轴的结构设计（1）所用到轴的基本结构（2）为了实现轴承的定位，所以要做定位轴肩，导致各部位直径不相同。①我们可根据大链轮得内径来确定轴的最大直径，取为，在根据链轮宽度，可得最大直径处的长度是。②连接轴的轴承选用深沟球轴承，型号为，该轴承基本尺寸,故，通过计算可得。③对于定位轴肩的计算，取，根据查阅手册得④该轴的两端直径最小，取值为，两端主要是用来连接螺纹，起固定作用的，要对两端端头进行螺纹设计，查阅机械设计手册得，螺纹长度为5mm，选用双螺母固定。⑤对于轴肩得计算，通过设计手册可计算得，。通过以上计算得到了轴的基本尺寸。3.7轴的校核我们要对设计好的轴进行校验，检验各处受力状况，尤其是在一些薄弱环节处，验算受力大小，看能否满足载荷需求。我们所设计的轴各处的直径基本相差不大，所以我们按相等直径带入公式进行计算，取一个平均直径，将其代入公式中，该公式主要是对轴的刚度进行检验，看我们所设计的轴是否满足自行车行驶时刚度的要求。还需选取一个当量直径，来进行验算。将取得两个值带入下列公式中，我们可以求得自行车系统中的挠度和倾角。然后将各段计算结果进行叠加。通过受力分析：最大挠度：查阅相关资料得；。3.8键的校核完成了对轴的校验之后，我们要对键进行校验。在本设计中，轴和键选用的材料相同，都是45钢。由【4】表6-2查得,选取一个值后，。计算键的尺寸，键工作时与轮毂距离。由【4】式（6-1）可得由此可知，设计的结果完全满足条件了，键选取类型为：3.9轴承的校核（1）轴承的校核在对轴和键完成校验之后，我们需要对轴承进行校验了，由前文可知，我们选用的轴承是深沟球轴承6206，所能承受最大载荷为19KN,且我们轴的转动是一个固定值，所以对轴承的要求也很高。根据这些已知条件，对轴承进行校验。②轴传递的转矩∴受力对轴承受力进行分析，分别从他的轴向与径向两个方向进行分析，并作出受力图：在水平面：在竖直面：④轴承在运动过程中可能会受到来自轴的横向冲击，查阅机械设计手册，可得冲击系数为，取，则有：⑤轴承的使用期限主要是由轴承受力所决定的，计算轴承受力大小为：由计算结果知，我们选用的轴承符合设计要求。（2）对于其它轴承的校验，方法与上述所提到的一致。第4章结构件设计4.1车架设计4.1.1车架结构设计车架是构成自行车最基本的结构，它就是一个大框架，将其它零件安装在这个大框架之上，便组装成了一个自行车。同时，我们也要保证自行车车架结构的强度和刚度，车架承载着骑行者以及各类零件的重量，设计必须要结实。在经过各种路况不好的道路时，若强度达不到要求，是很容易散架的。车架设计的样式可多种多样，但是它的安装处尺寸必须严格把控，要实现标准化设计。由于我们机床加工技术有限，所以在车轮的加工上，或多或少的存在一定的精度误差。如两安装车轮的支架处，很难保持它们在同一水平面内，这也就导致两车轮安装不在同一直线上，导致骑行较费力。对于车座位置的确定，往往也是有一个标准的，在车架结构中间部位有一根立管，立管的延长线与水平面的交点就是我们安装车座的位置。一般在骑行过程中，你的股关节上下运动，当运动在上端时，与自行车车座平行时，即说明车座安装的合理性。下图为车架结构，竖直杆与水平面夹角为立管倾角。立管倾角决定了中轴的位置。图4-1车架结构4.1.2车架材料选择对于车架来说，结构固然重要，但是车架材料的选取也应该引起我们的重视，要想保证车架的强度、刚度满足要求，必须选择合适的材料。也就是说，其实我们所设计的结构部分，都是在有材料的基础上才能实现的，否则就是纸上谈兵。故结构与材料之间的关系是密不可分的。那么，我们就对我们自行车的主要结构车架部分进行材料的选取，常见的材料是铝和钢，但是随着技术的不断发展，越来越多的新材料应用而生，包括镁、铬、碳纤维等。这些新材料固然好，它们的优点就是质量轻，强度高，但是缺点是价格昂贵。而传统的钢结构自行车则与这些新材料恰好相反，它的材料价格较低，但是钢的质量大，且容易生锈。这两类材料各有优缺点。还有一种新兴的材料就是合金材料，包括有铝合金，镁合金等，这种新兴的材料用于一些价格比较昂贵的自行车上，这种材料的直径较小时，它的强度硬度并没有明显的优势，但是当他的管径较大时，它的强度和硬度明显的提高。一般适用于一些尺寸较大的自行车。最后，我们再说一下碳钎维材料，这应该是目前最好的一种材料了，因为它本身特有的性能，这种材料不需要焊接，可直接整体化成型。所以这种材料应用的范围并不广，只有在一些职业的选手比赛上，才能看到这种材料自行车的出现。我们选用几种材料具体分析：（1）铬钼钢(Fe—Cr—Mo)在几百年的发展史上，自行车材料的选取上一直没离开过Fe元素，因为这种材料不管是从它的强度上来说，还是从它的造价上来说，都是非常符合作为自行车材料的。Fe元素可添加到大量元素中形成新的合金，这种合金往往加工简易，材料易得，而且通过这种材料加工出来的车架强度、硬度都是满足使用要求的。对于大部分的自行车生产商都是选用这种材料的。但是，它的缺点就是由于这种材料本身的质量大，导致加工出来的自行车重量也很大。随着这几年热处理技术的发展，我们对这种铁合金进行热处理，可以降低铁管的厚度，从而减小自行车的重量。（2）铝合金(A1-Mg-Si，Al—Zn—Mg一(Cu))铝合金也有它自身的优点，就是相比之下，它的质量可能会更轻一点，而且它的造价也不高。但是，它并不被自行车生产商广为使用，主要一个原因就是它的强度可能不达标，比不上铁合金的强度。虽然这种铝合金我们也经过热处理，但是它本身内在一部分性质是无法改变的，所以处理效果也不是多明显。铝合金主要金属元素是铝，加入了一些其它元素，如，Mg，zn，cu构成了铝合金材料。加入其它元素明显的提高了铝的性能。●铝合金车架的优点①当我们光用纯铝制作车架时，虽然的它的质量较轻，但是强度远远达不到标准要求，极易发生弯曲变形。为了改变铝的性能，我们在铝中增加一些其它金属元素，构成铝合金元素。通过热处理工艺，使得加入的金属很好的作用在这种合金之中，阻碍纯铝的变形。这就可以有效改善纯铝硬度低这个缺陷了。并不是所有的自行车零件都是经过热处理的，也就是说这些零件没有发生时效反应。如某型号的自行车曲柄结构，但是若这种结构经过热处理之后，它的强度会达到没有热处理之前的5倍。②腐蚀性较差铝的抗氧化性是比铁强的，铁在空气中极易腐蚀，但是铝几乎是不会发生腐蚀的。是什么原因导致这一现象呢，经过我们研究发现，铝在空气中容易与氧气发生反应生成一种薄薄的氧化铝薄膜，这层氧化铝薄膜附着在车架结构上，防止车架进一步氧化，起到保护作用。●铝合金车架的缺点③若采用铝合金材料时，我们一般采用直径较大的管道，主要由于它的弹性较低。④若使用铝合金作为车架结构，则必须要进行热处理之后才能使用，否则达不到我们的硬度要求。对于小型企业一般无力购买热处理设备，因此都是直接购买人家热处理好的材料。（3）钛、钛合金(Ti，Ti—A—V)美国是最早把钛合金用到制造车架上的国家。最早的研究中，钛合金是用来做赛车的车架的。主要原因就是钛合金质量小。但是钛合金的刚性也较低，后来人们慢慢发现用它制造的赛车不能满足长时间的行驶，所以并不是所有的赛车都适用钛合金制造。只是在一些特定的场合，才被作为制造赛车的材料。钛元素在地球上的储量还是较多的，但是对钛合金的加工是有些困难的，所以使得钛合金的价格变得极其昂贵。●钛合金车架的优点①钛合金最主要的优点就是它的质量轻，其次就是它的强度大，若在钛合金中再添加一些铝和钒元素，会使得它的弹性也增强。②钛合金它的第二个优点就是不生锈，钛在我们日常生活中得环境基本是不会发生腐蚀现象的，这是由于再钛合金内部发生的特殊化学反应，使得加入钛中的其它元素不会与钛发生电极反应，就不会出现腐蚀现象了。●钛合金车架的缺点最主要缺点就是价格高。钛在自然界的存在主要是以化合物的形式存在的，其中二氧化钛是我们常见的钛类化合物。二氧化钛在自然中的含量还是极为丰富的。但是，二氧化钛的化学性质较为稳定，所以在二氧化钛中将钛提纯出来是一个困难的过程，而且提纯出来的钛极难保存，当纯钛遇到空气时，会迅速的与氧气发生反应形成二氧化钛。这就是为什么钛的含量高，但是它的价格却也高的原因，主要还是技术手段的不成熟所导致的。近年来，钛合金的价格也是有所降低的，甚至有时候比铝合金价格都低。这主要是因为随着世界和平的不断发展，以前钛合金主要用于军工业产品，现在在军工业的使用量明显减少，这导致了钛合金价格下降。（4）碳纤维(CERP)碳纤维车架目前主要的优势有就是它的质量轻，硬度高，不变形。碳纤维的性能是特别的突出，但是想要充分的利用它这些性能确是不容易的。同时，对于碳钎维生产技术，各大厂家也是有所差异的。在自行车车架使用该种材料的应用可能不太成熟，主要原因就是这种碳碳纤维材料的造价高，虽然它的性能好，但是相应的成本也要提上去。同时，要想把碳纤维的全部优异性能发挥出来，加工成本也会非常的高。●碳纤维车架的优点①车架质量低我们用作自行车车架的碳纤维，是通过层层叠加生产出来的碳纤维，这样生产是为了使碳纤维不会被轻易的拉断。用它生产的自行车车架质量是非常轻的。②冲击吸收性好碳纤维的另一个优点就是它的冲击性好，在2008年的残奥会期间，碳纤维用作运动员假腿的制造，就是因为碳纤维的抗冲击性强，能够很好承载外力对结构的冲击。同样，碳纤维还被用作减震器，就是源于它这一优点所得的。但是，并不是所有的厂商都能加工处性能很好的碳纤维材料来。●碳纤维车架的缺点①应力计算较为复杂虽然说用碳纤维制作自行车车架的优点很多，但是缺点也是有的，就是碳纤维材料加工的困难。在对碳钎维层层加工时，需要我们计算出碳纤维的剪切应力，才能确定出叠加的厚度，然后这个应力的计算时十分复杂的。当我们采购碳纤维时，尽量选择一些口碑较好，大型企业进行购买，因为他们的叠加技术会相对成熟一些。②老化并一个缺点就是碳纤维的老化，当碳纤维长时间暴露在阳光下，经阳光的暴晒，会使得碳纤维发白，尽量减少阳光对碳纤维的直接暴晒。（5）镁合金镁在我们所选的这些金属中是质量最轻的金属，同时，它也是耐腐蚀的。我们在镁元素中加入一些其它金属元素，构成了镁合金，增强了它的硬度和耐腐蚀性。但是由于它的造价较高，一般用于一些名贵的金属仪器上的制造。●镁合金车架的优点①质量较轻它之所以比铝轻，最重要的原因就是它的密度低。所以它造出的车架会更轻。通过我们检测发现，唯一不足的地方就是镁合金的杨氏模量较低，改变这一问题的方法就是加粗管径。今后，对镁合金和铝合金的研究还不不断加强。②加工性好相比于钛的制造，镁的提取则不是那么的难了。但是，镁在自然中的含量是没有钛高的，这就导致了它的造价还是很高。●镁合金车架的缺点虽然，大多数生产商说镁的耐腐性好，但是对它耐腐蚀的研究并不多，而且没有一个明确的标准来判断耐腐蚀性。纯镁一般是不做工业使用的，因为它的化学性质极其活跃，在空气中极易发生化学反应，因此我们需要在镁中加入一些其它金属元素，制成镁合金，镁合金的化学性质较为稳定，而且物理性能好。有部分镁合金的使用者，他们认为镁合金的耐腐蚀性还是不错的。基于以上合金的性质：通过对几种合金的介绍，我们已经初步有了一个大致的了解。每种合金都有它自身的优缺点，有的是质量轻，有的是造价低，有的是冲击性吸收好。虽然对钛合金的说明不太多，但是仍有许多研究者喜欢它，因为一旦突破技术问题，钛合金将是一种很好的制造车架材料。（1）对于铬钼钢合金的研究，已经持续很多年了。目前来看，可研究的点并不多了。而且我们为了增加铬钼钢的硬度，常用的方法就是增大管径，但是管径增大后质量也会增加，这就是一个棘手的问题。所以，铬钼钢应该发挥它长处，将它优秀的性能运用于其它地方，否则迟早会被淘汰。（2）用铝管制造自行车车架会遇到与钛合金相似的问题，那就是若使用薄壁管。强度达不到；若使用厚壁管。质量又回增加。虽然在铝中添加其它金属能够增大铝的硬度，但是成本肯定也会相应的增加。同时，铝合金的耐腐性还是不错的，它比钢合金的耐腐蚀性高，也可用于部分特殊车型的制造。（3）碳钎维目前是一种较有潜力的材料，它主要的问题就是加工较为困难，目前很难攻克这一问题，而且不同生产商加工出来的碳纤维性能差异也很大。（4）目前来看，钛合金研究前景还是很好的，只要解决了钛工艺的制备，钛合金将能很好的被开发出来，并且用于车架制备中。根据这些总结，再结合我们设计自行车的初衷，以及这种自行车的用途等各方面因素，所以我们初步认为钛镁合金是最合适的。4.1.3车架焊接工艺制定（1）焊接方式的确定传统的焊接方式都是氧焊，主要的原料就是使用的氧气和液化石油气，这种焊接方式简单，但是成本较高且焊接的质量也一般。随着近几年来自行车行业发展的火热，传统的焊接方式暴露出越来越多的问题，迫切需要我们研究新的焊接方式。我们新发现的CO2气体保护焊，它的焊接性能是远远超过氧焊的，而且成本也没有氧焊高。所以，现在在大部分的自行车生产厂家，都使用的是该种焊接方式。4.2阿克曼转向机构设计阿克曼转向机构是一种为了解决交通工具转弯时，内外转向轮路径指向的圆心不同的几何学，依据阿克曼转向几何设计的车辆，沿着弯道转弯时，利用四连杆的相等曲柄使内侧轮的转向角比外侧轮大大约2~4度，使四个轮子路径的圆心大致上交会于后轴的延长线上瞬时转向中心，让车辆可以顺畅的转弯。图4-6阿克曼转向机构原理图本次设计三人并排骑行自行车转向机构即采用阿克曼转向机构，根据自行车框架尺寸匹配得到本次采用的阿克曼转向机构结构尺寸如下图4-7所示。图4-7三人并排骑行自行车转向机构（阿克曼转向机构）4.3前轮叉架设计对于自行车前叉部分进行建模分析。前叉的主要作用就是用来固定自行车前轮的，除此之外，前叉是连接车把和前轮的桥梁，车把上的力通过前叉传递给车轮，使得车轮方向发生改变，最后一个作用就是自行车的设计往往会在前叉部位安装一个缓冲装置，可以有效的减少在骑行过程中，骑行着的颠簸，增强骑行舒适感。前叉是安装在车架上的，上端连接车把，下端连接车轮，示意图如下。图4-2前轮叉架4.4脚蹬设计我们也对脚蹬进行了建模分析，脚蹬是用来支撑脚底提供动力的一种装置，脚蹬与曲柄连接，脚蹬中间做成镂空形状，就是为了在不减弱脚蹬强度的前提下，尽量减少脚蹬的重量。而且脚蹬安装在曲柄上是灵活可动的，为了保证脚底的受力平衡。同时，对于脚蹬形状与大小的设计也是我们需要考虑的。4.5链轮链轮的建模如下图所示，在自行车系统中，首先，链轮是用来安装链条的装置，链条的运动使得脚蹬产生的力传递给后轮，推动自行车的运动。这是链轮的的第一个作用，主要是用来起传递动力的